[发明专利]基于波分复用和微波光子技术的干涉型光纤振动传感系统

说明书

本发明提供了一种基于波分复用和微波光子技术的干涉型光纤振动传感系统。系统主要包括：双波长光源、波分复用器件、光纤干涉仪、光电探测器和微波相位检测单元。本发明通过利用波分复用技术将双波长光源产生的两个波长(频率)分量进行解复用，使其分别沿着光纤干涉仪的参考臂和传感臂传输，其中传感臂信号的相位受待测振动信号影响而变化，与参考臂传输的光信号合路后，一起输入到光电探测器，从而拍频产生微波信号。该过程将待测振动信号导致的相位变化映射为光子生成微波信号的相位变化，因此通过检测该微波信号的相位变化即可解调出待测振动信息。本发明结构简单，同时利用波分复用和微波光子技术，提高了光纤振动传感系统的精度和动态范围。

技术领域

本发明涉及光纤光学、光纤传感、微波光子、声呐、地震、周界安防等振动监测技术领域，尤其涉及一种基于波分技术和微波光子的干涉型光纤振动传感系统。

背景技术

振动传感在地震监测、轨道交通、水听器、周界安防、油井以及建筑工程和基础设施等的状态监测中具有广泛的应用。相比于传统的机械式或压电式振动传感系统，光纤振动传感器由于采用体积小、损耗低的光纤作为振动信号的传感单元和传输单元，因此具有结构简单、灵敏度高和抗电磁干扰等优点。根据调制方式的不同，目前光纤振动传感器可分为强度调制型、相位调制型、波长调制型、偏振态调制型和模式调制型。其中，基于光纤干涉仪的相位调制型光纤振动传感器技术较为成熟，应用也比较广泛。

传统的干涉型光纤振动传感系统的两个干涉臂传输相同波长的光信号，经过传感臂带有振动信息的光信号与参考臂光信号在干涉仪输出端合路干涉，从而将外界待测振动信号引起的相位变化转化成输出光信号的功率变化，然后通过检测输出光信号的功率即可解调出待测振动信号。该解调方式往往需要采用较长的传感光纤来提高测量灵敏度，增加了偏振态与外界环境对系统的影响；另外，输出光功率与待测振动信号呈正弦关系。因此需要采用一定的方法来减弱偏振衰落和相位衰落造成的影响，这使得系统的复杂度增加。

发明内容

本发明提供了一种基于波分复用和微波光子技术的干涉型光纤振动传感系统，以解决现有干涉型光纤振动传感系统存在的传感单元体积大、解调系统结构复杂和稳定性差等问题，提升振动传感系统灵敏度和动态范围等技术指标。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供了一种基于波分复用和微波光子技术的干涉型光纤振动传感系统，包括：双波长光源、波分复用器件、光纤干涉仪、光电探测器和微波相位检测单元；其中：

所述双波长光源输出两个波长不同的光信号，由所述波分复用器件根据波长特性将其解复用为两路，使其分别沿着所述光纤干涉仪的参考臂和传感臂传输；

所述光纤干涉仪输出的两个光信号在合路后，由所述光电探测器转换成电信号并送至微波相位检测单元，所述微波相位检测单元对所述微波信号的相位进行解调后即可得到待测振动信号。

进一步地，所述双波长光源输出的两个光信号的波长(频率)分别为λ₀(f₀)，λ₁(f₁)，且这两个光信号具有相干性，所述双波长光源可由相互锁定的两个单纵模激光器、双波长或多波长激光器或单纵模激光器加外调制技术等方式实现；

进一步地，所述波分复用器件用于将双波长光源输出的两个波长分量进行解复用，并分别注入到所述光纤干涉仪的两个支路上，其实际上为具有双输出端口的双通带光滤波器，两个通道对应的中心频率与双波长光源频率一致，分别为f₀，f₁，由两个端口分别输出，可由任意商用波分复用器件实现，如阵列波导光栅(AWG)、光纤布拉格光栅或薄膜干涉型波分复用器件；